*參與項(xiàng)目：陜西省重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈（群）-工業(yè)領(lǐng)域：高精度模擬與混合信號(hào)集成電路頻譜測(cè)試技術(shù)研究，受理編號(hào)：S2020-YF-ZDCXL-ZDLGY-0297

本文主要通過(guò)測(cè)試機(jī)臺(tái)模擬步進(jìn)DAC，并且步進(jìn)DAC 比待測(cè)器件高出4 bit，這樣ATE 測(cè)試機(jī)臺(tái)能夠?qū)⒁粋€(gè)待測(cè)ADC 的一個(gè)轉(zhuǎn)換碼平均分割16 步進(jìn)，并且轉(zhuǎn)換16 次。從而待測(cè)器件理想情況下每位的轉(zhuǎn)換碼都會(huì)重復(fù)出現(xiàn)16 次。直方圖測(cè)試就是通過(guò)統(tǒng)計(jì)每個(gè)碼點(diǎn)出現(xiàn)的次數(shù)，與理想情況下碼點(diǎn)出現(xiàn)的次數(shù)來(lái)計(jì)算靜態(tài)參數(shù)值。

1 直方圖法參數(shù)計(jì)算

零點(diǎn)誤差( E_Z ) 與增益誤差（ E_G ）

圖1 以柱狀圖表示每個(gè)轉(zhuǎn)換碼點(diǎn)的次數(shù)。假設(shè)被測(cè)器件是n 位，ATE 測(cè)試機(jī)臺(tái)內(nèi)部的DAC 是n+4 位。

在計(jì)算時(shí)，先利用ATE 測(cè)試機(jī)臺(tái)采集每個(gè)轉(zhuǎn)換碼i=1到i=2ⁿ?2，重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)。我們記錄轉(zhuǎn)換次數(shù)為H。假設(shè)每一位轉(zhuǎn)換碼在ATE 出現(xiàn)的次數(shù)為H_(i )。有

在直方圖測(cè)試法下有：

V_ZST是數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換碼從00..00 到00..01 時(shí)的模擬值。

V_FST是使數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換碼從11..10 到11..11 的模擬值。根據(jù)待測(cè)ADC 靜態(tài)參數(shù)LSB_DOUT 準(zhǔn)計(jì)算公式

ADC的零點(diǎn)誤差：

同理增益誤差E_G：

其中， H_[IDEAL] 直方圖測(cè)試法中理想狀態(tài)ADC 的輸出數(shù)碼對(duì)應(yīng)的機(jī)臺(tái)步進(jìn)的次數(shù)。

1.2 差分非線(xiàn)性誤差 (DNL) 與微分非線(xiàn)性誤差 (INL)

根據(jù)V_FST、V_ZST的定義，在直方圖測(cè)試法下有：

由式(4)(5)相減可以得出

根據(jù)A/D 靜態(tài)參數(shù)LSB_DUT準(zhǔn)計(jì)算公式

Code Center_[i ]為轉(zhuǎn)換碼中心是指當(dāng)數(shù)字輸出為i時(shí)，其1/2 碼寬對(duì)應(yīng)的模擬輸入值。

Code Center_[0]是數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出i = 0的，Code Center_[0]就是V_ZS。

零點(diǎn)的INL值有

理想的零點(diǎn)INL_[0]=0

當(dāng)i = 2ⁿ?1(最大值)時(shí)，可得

根據(jù)ADC靜態(tài)參數(shù)傳統(tǒng)計(jì)算公式得

當(dāng)0 < i < 2n ?1時(shí)，根據(jù) ADC 靜態(tài)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式得

可得

可得直方圖測(cè)試法INL_{[i ]}的計(jì)算公式

2 測(cè)試技術(shù)實(shí)現(xiàn)

本文選取AD7656BSTZ 型號(hào)芯片進(jìn)行測(cè)試分析，分別使用傳統(tǒng)定義法測(cè)試和基于直方圖法測(cè)試兩種測(cè)試方法進(jìn)行ATE 測(cè)試，并分別用這兩種測(cè)試方法進(jìn)行算法編寫(xiě)代碼，分別計(jì)算零點(diǎn)誤差、滿(mǎn)量程誤差、差分非線(xiàn)性誤差、積分非線(xiàn)性誤差。圖2 是器件實(shí)物和理想轉(zhuǎn)換示意圖。

圖2 理想轉(zhuǎn)換示意圖

2.1 基于傳統(tǒng)定義法實(shí)現(xiàn)測(cè)試

圖3是基于ADVANTEST T6575 測(cè)試16 位轉(zhuǎn)換碼對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換值，采樣點(diǎn)選取了65 536 個(gè)點(diǎn)。該芯片為補(bǔ)碼輸出，下圖為ATE 測(cè)試補(bǔ)碼輸出和轉(zhuǎn)換后測(cè)試輸出值。ATE將測(cè)試的65 536 個(gè)轉(zhuǎn)換值抓取到數(shù)組中進(jìn)行傳統(tǒng)定義法計(jì)算得出E_Z、E_G、DNL、INL 分別為-0.03%FS、0.02%FS、-1.5LSB、1.2LSB。

圖3 定義測(cè)試AD7656BSTZ轉(zhuǎn)換碼

2.2 基于直方圖法實(shí)現(xiàn)測(cè)試

圖4 圖5 是基于ADVANTEST T2000 測(cè)試轉(zhuǎn)換輸出和DNL測(cè)試結(jié)果。計(jì)算得出E_Z、E_G、DNL、INL 分別為-0.04%FS、0.03%FS、0.6LSB、1.0LSB。

圖4 直方圖法測(cè)試轉(zhuǎn)換碼

圖5 直方圖DNL測(cè)試結(jié)果

3 對(duì)比分析

基于傳統(tǒng)定義法測(cè)試特點(diǎn)首先算法簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，但是算法計(jì)算量較大，其次零點(diǎn)誤差和增益誤差可直接計(jì)算，并且能夠直觀(guān)反映該項(xiàng)參數(shù)的指標(biāo)。直方圖法測(cè)試特點(diǎn)首先在計(jì)算DNL 和INL 可剔除系統(tǒng)干擾或者噪聲引起的某個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的突變或者丟碼。其次直方圖法測(cè)試需要系統(tǒng)的采樣點(diǎn)多，工程上至少1 個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)需要重復(fù)測(cè)試16 次，才能保證該算法的優(yōu)勢(shì)。但同時(shí)也增加了測(cè)試時(shí)間。

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年5月期）